Java Votary

為什么使用規(guī)則引擎
       商業(yè)世界充滿了關(guān)于變化的陳詞濫調(diào)，如任何事物都會改變，唯一不變的是變化等等。而在技術(shù)領(lǐng)域里，情況正好相反。我們?nèi)匀辉谠噲D解決30年前軟件業(yè)中同樣 的一堆問題－－也許比30年前還要多的問題。在過去的十年，IT從業(yè)人員淹沒在軟件方法學(xué)的大量文獻中，如快速軟件開發(fā)，極限編程，敏捷軟件開發(fā)等，它們 無一例外地強調(diào)靈活和變化的重要性。
       但商業(yè)通常比開發(fā)團隊所依賴的軟件過程和技術(shù)改變得更加迅速。當(dāng)商業(yè)策劃人員試圖重整IT部門，以支持新的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型時，仍然覺得很費勁。

Lost in Translation
       雖然IT團隊反應(yīng)迅速，但他們通常帶來"電話效應(yīng)"――IT給商業(yè)計劃的執(zhí)行帶來的阻力和它帶來的利益一樣多。不幸的是，在開發(fā)團隊完全理解商業(yè)決策規(guī)則 并實現(xiàn)之前，規(guī)則已經(jīng)改變了。在軟件進入市場前，它已經(jīng)過時了，需要進行重構(gòu)以滿足新的業(yè)務(wù)需求。如果你是一個開發(fā)人員，你會知道我在說什么。再也沒有比 在需求變動的情況下構(gòu)造軟件讓開發(fā)人員更沮喪的事情了。作為軟件開發(fā)人員，你必須比業(yè)務(wù)人員更了解業(yè)務(wù)，有時還要了解更多。
       試想一下你是一位商業(yè)決策者。假如公司的成功依賴于你對于市場趨勢敏銳的洞察力，它常常幫助你領(lǐng)先于競爭者利用變化的市場環(huán)境獲利。每天你都會得到更多更 好的市場信息，但并不要緊。完成新產(chǎn)品開發(fā)可能需要6－9個月，在此期間，對于市場大膽和敏銳的洞察和信息優(yōu)勢可能已經(jīng)浪費了。而且，當(dāng)產(chǎn)品發(fā)布時，有這 樣幾種可能：產(chǎn)品沒有什么吸引人的特性，預(yù)算超支，過了產(chǎn)品的最佳發(fā)布期限，或三者兼而有之。
       情況可能還會更糟，在完成產(chǎn)品開發(fā)時，市場環(huán)境和規(guī)劃產(chǎn)品開發(fā)時相比，已經(jīng)發(fā)生了根本變化。現(xiàn)在你必須要遵守新的規(guī)則，你已經(jīng)喪失了你的邊際優(yōu)勢，而且設(shè) 計軟件的五人中的三人已經(jīng)離開了公司。你必須給接手的新人重新講解復(fù)雜的業(yè)務(wù)。如果事情不順利，你可能發(fā)現(xiàn)自己要對付一個缺少文檔，并且你完全不了解的遺 留應(yīng)用。
       你的戰(zhàn)略在哪出現(xiàn)了問題？你在哪里應(yīng)該可以做到更好？最近的輕量級軟件過程，如極限編程，敏捷軟件開發(fā)等都在強調(diào)自動單元測試和軟件功能優(yōu)先級的重要性。 除此之外，還有其他的原則，你的開發(fā)團隊可能也很熟悉，這些原則可以幫助他們對需求的變動作出迅速反應(yīng)并縮短項目的開發(fā)周期。這些原則的大多數(shù)，如系統(tǒng)分 解，多年前就已經(jīng)出現(xiàn)，并得到了Java平臺的支持（如JMX等），還有如面向?qū)ο蠛徒巧＃呀?jīng)內(nèi)建在Java語言中。
       但Java仍然是一門相當(dāng)年輕的語言，而且Java平臺遠遠還沒有完備。當(dāng)前在Java社區(qū)，一個引人注目的新技術(shù)是，分離商業(yè)決策者的商業(yè)決策邏輯和應(yīng) 用開發(fā)者的技術(shù)決策，并把這些商業(yè)決策放在中心數(shù)據(jù)庫，讓它們能在運行時（即商務(wù)時間）可以動態(tài)地管理和修改。這是一個你值得考慮的策略。
       為什么你的開發(fā)團隊不得不象商業(yè)經(jīng)理人一樣，在代碼中包含復(fù)雜微妙的商業(yè)決策邏輯呢？你怎樣才能向他們解釋決策推理的微妙之處呢？你這樣做是否謹慎呢？可 能不是。象bottom line一樣，某些東西在解釋的過程中丟失了。為什么要冒這樣的風(fēng)險，讓應(yīng)用代碼或測試代碼錯誤地表達你的商業(yè)決策邏輯呢？如果這樣做的話，你怎樣檢查它 們的正確性呢――難道你自己想學(xué)習(xí)如何編程和編寫測試代碼，或者你的客戶會為你測試軟件？你一方面要應(yīng)付市場，一方面要應(yīng)付軟件代碼，這實在太困難了。
       如果能將這些商業(yè)決策規(guī)則集中地放在一個地方，以一種你可以理解的格式定義，讓你可以直接管理，而不是散落在代碼的各個角落，那該有多好。如果你能把商業(yè) 決策規(guī)則獨立于你的軟件代碼，讓開發(fā)團隊作出技術(shù)決策，你將會獲得更多好處。你的項目開發(fā)周期會更短，軟件對于變動的需求更靈活。

規(guī)則引擎標準Java API
       2003年11月，Java社區(qū)通過了Java Rule Engine API規(guī)范（JSR－94）的最后草案。這個新的API讓開發(fā)人員在運行時訪問和執(zhí)行規(guī)則有了統(tǒng)一的標準方式。隨著新規(guī)范產(chǎn)品實現(xiàn)的成熟和推向市場，開發(fā) 團隊將可以從應(yīng)用代碼中抽取出商業(yè)決策邏輯。
       這就需要新一代的管理工具，幫助商務(wù)經(jīng)理人可以定義和細化軟件系統(tǒng)的行為。不必通過開發(fā)過程來修改應(yīng)用，并假定可以得到正確的結(jié)果，經(jīng)理人將可以隨時根據(jù)需要修改決策規(guī)則，并進行測試。
       但這將需要開發(fā)人員在設(shè)計系統(tǒng)時作出某些改變，并可以得到合適的開發(fā)工具。

分離商務(wù)和技術(shù)的關(guān)注點
       這是一個非常簡單的例子，從經(jīng)理人的角度，說明如何分離商務(wù)和技術(shù)的關(guān)注點。
       你管理著一個反向投資基金。你公司計算機系統(tǒng)的一部分用于分析股票價格，收益和每股凈資產(chǎn)，并在需要時向你提出預(yù)警。這個計算機系統(tǒng)的工作是，識別出PE比率比市場平均值低的股票，并標記出來以便進一步的檢查。
       你的IT部門擁有一大堆數(shù)據(jù)，并開發(fā)了一系列你可以在規(guī)則中引用的簡單數(shù)據(jù)對象。現(xiàn)在，為簡單起見，假設(shè)你是一名受過良好教育的，了解技術(shù)的管理人，你了解XML的基本知識，可以讓你編寫和修改簡單的XML規(guī)則文件。
       你的第一個規(guī)則是，給道瓊斯所有的股票估值，并剔除P/E比率大于10的股票（這有點過分簡化，但這里只作為一個例子）。保留下來的股票用來生產(chǎn)一系列報表。對于這個簡單的例子，你的規(guī)則文件看起來如下（我們將會過頭來討論這個文件的結(jié)構(gòu)）：

<stock:overvalued>
    <stock:index> DJIA </stock:index>
    <stock:pe> over 10.0 </stock:pe>
</stock:overvalued>

       一個月后，你接到一家巴西分析師公司的電話，雇傭你的公司生成一系列巴西股市的報表，但他們有更嚴格的標準。而目前在巴西，P/E比率市場平均值是個位 數(shù)，因此你用來評估被市場低股票的閾值需要改變。除了較低的P/E比率，你的新客戶還要求以Price-to-Book比率作為參考標準。
       你啟動規(guī)則編輯器，并修改規(guī)則以匹配新的評估條件。現(xiàn)在，規(guī)則引擎剔除巴西股市中P/E比率大于6.5，以及Price to Book 比率小于等于1的股票。完成規(guī)則文件修改后，看起來如下：

<stock:overvalued>
    <stock:index> Brazil </stock:index>
    <stock:pe> over 6.5 </stock:pe>
    <stock:pb> over 1.0 </stock:pb>
</stock:overvalued>

       你無需為此向開發(fā)團隊作任何解釋。你無需等待他們開發(fā)或測試程序。如果你的規(guī)則引擎的語義足夠強大，讓你描述工作數(shù)據(jù)，你可以隨時按需修改商業(yè)規(guī)則。
       如果限制因素是規(guī)則的定義語言和數(shù)據(jù)模型，你可以確信這兩者將會標準化，并出現(xiàn)先進的編輯器和工具，以簡化規(guī)則的定義，保存和維護。
       現(xiàn)在，我希望你已經(jīng)清楚以下的原則：在這個例子中，哪只股票是否被選擇是一個商務(wù)決策，而不是技術(shù)決策。決定將哪只股票交給你的分析師是經(jīng)理人的邏輯 ――"logic of the bottom line"。經(jīng)理人作出這些決策，并可以按需定制應(yīng)用。這些規(guī)則因此變成了一種控制界面，一種新的商業(yè)系統(tǒng)用戶界面。

使用Rule開發(fā)
       如果在這個應(yīng)用場景中，你是一個開發(fā)人員，你的工作會稍微輕松一些。一旦你擁有了一種用于分析股票的規(guī)則語言，你可以取出數(shù)據(jù)對象并交給規(guī)則引擎執(zhí)行。我們將會到規(guī)則語言的討論，但現(xiàn)在我們繼續(xù)剛才的例子。
       你的系統(tǒng)將一系列的stock bean輸入規(guī)則引擎。當(dāng)規(guī)則執(zhí)行后，你可以選出符合條件的股票并可以對它們作進一步處理。也許是把它們輸入報表生成系統(tǒng)。分析師使用這些報表幫助他們分 析股市。同時，老板也可能讓你使用新的技術(shù)分析工具，并用Dow理論預(yù)測股市的底部和頂部。
       規(guī)則引擎可以讓你的系統(tǒng)變得更簡單，因為你無需在代碼中編寫商務(wù)邏輯，如怎樣選擇股票，選擇股票過程中奇怪的條件組合等。這些邏輯不再進入你的代碼。你將可以專注于數(shù)據(jù)模型。
       現(xiàn)在可以這么認為，通過從應(yīng)用代碼中剝離出易變的商業(yè)邏輯，你的效率會更高。但凡是總有例外――簡單應(yīng)用可能并不能從規(guī)則系統(tǒng)中獲益。但如果你開發(fā)一個大型系統(tǒng)，有很多易變的商業(yè)邏輯，你可以考慮在應(yīng)用中集成規(guī)則引擎。
       除了從應(yīng)用代碼中剝離出商業(yè)決策邏輯外，規(guī)則引擎還有其他用處。有時候你需要應(yīng)用成百上千的規(guī)則進行決策，并且有上千個對象和這些規(guī)則一起使用。很難想象 有什么先進的人工智能引擎可以處理這種情況。遇到這種情況，你需要一個極快的決策算法或是大型機。大型機并不便宜，但你可以非常便宜的得到效率和可伸縮性 最好的算法。

Bob McWhirter的Drools項目
       現(xiàn)在，我要介紹Drools項目，Charles Forgy Rete算法的一個增強的Java語言實現(xiàn)。Drools是一個Bob McWhirter開發(fā)的開源項目，放在The Codehaus上。在我寫這篇文章時，Drools發(fā)表了2.0-beata-14版。在CVS中，已完整地實現(xiàn)了JSR94 Rule Engine API并提供了單元測試代碼。
       Rete算法是Charles Forgy在1979年發(fā)明的，是目前用于生產(chǎn)系統(tǒng)的效率最高的算法（除了私有的Rete II）。Rete是唯一的，效率與執(zhí)行規(guī)則數(shù)目無關(guān)的決策支持算法。For the uninitiated, that means it can scale to incorporate and execute hundreds of thousands of rules in a manner which is an order of magnitude more efficient then the next best algorithm。Rete應(yīng)用于生產(chǎn)系統(tǒng)已經(jīng)有很多年了，但在Java開源軟件中并沒有得到廣泛應(yīng)用（討論Rete算法的文檔參見http://herzberg.ca.sandia.gov/jess/docs/61/rete.html。）。
       除了應(yīng)用了Rete核心算法，開源軟件License和100％的Java實現(xiàn)之外，Drools還提供了很多有用的特性。其中包括實現(xiàn)了JSR94 API和創(chuàng)新的規(guī)則語義系統(tǒng)，這個語義系統(tǒng)可用來編寫描述規(guī)則的語言。目前，Drools提供了三種語義模塊――Python模塊，Java模塊和 Groovy模塊。本文余下部分集中討論JSR94 API，我將在第二篇文章中討論語義系統(tǒng)。
       作為使用javax.rules API的開發(fā)人員，你的目標是構(gòu)造一個RuleExecutionSet對象，并在運行時通過它獲得一個RuleSession對象。為了簡化這個過程， 我編寫了一個規(guī)則引擎API的fa?ade，可以用來解釋代表Drools的DRL文件的InputStream，并構(gòu)造一個 RuleExecutionSet對象。
       在上面提到了Drools的三種語義模塊，我接下來使用它們重新編寫上面的例子XML規(guī)則文件。這個例子中我選擇Java模塊。使用Java模塊重新編寫的規(guī)則文件如下：

<rule-set name="StockFlagger"
      xmlns="http://drools.org/rules"
      xmlns:java="http://drools.org/semantics/java">

  <rule name="FlagAsUndervalued">
    <parameter identifier="stock">
      <java:class>org.codehaus.drools.example.Stock</java:class>
    </parameter>
    <java:condition>stock.getIndexName().equals("DJIA");</java:condition>
    <java:condition>stock.getPE() > 10 </java:condition>
    <java:consequence>
      removeObject(stock);   ( 譯注：應(yīng)該是retractObject(stock) )
    </java:consequence>
  </rule>
</rule-set>

       現(xiàn)在的規(guī)則文件并沒有上面的簡潔明了。別擔(dān)心，我們將在下一篇文章討論語義模塊。現(xiàn)在，請注意觀察XML文件的結(jié)構(gòu)。其中一個rule-set元素包含了 一個或多個rule元素，rule元素又包含了parameter，condition和consequence元素。Condition和 consequence元素包含的內(nèi)容和Java很象。注意，在這些元素中，有些事你可以做，有些事你不能做。目前，Drools使用 BeanShell2.0b1作為它的Java解釋器。我在這里并不想詳細的討論DRL文件和Java語義模塊的語法。我們的目標是解釋如何使用 Drools的JSR94 API。
       在Drools項目CVS的drools-jsr94模塊中，單元測試代碼包含了一個ExampleRuleEngineFacade對象，它基于 Brian Topping的Dentaku項目。這個fa?ade對象通過javax.rules API，創(chuàng)建了供RuleExecutionSet和RuleSession使用的一系列對象。它并沒有完全包括了Drools引擎API的所有特性和細 微差別，但可以作為新手使用API的一個簡單例子。
      下面的代碼片斷顯示如何使用規(guī)則引擎的facade構(gòu)造一個RuleExecutionSet對象，并通過它獲得一個RuleSession對象。

 

import java.io.InputStream;
import javax.rules.*;
import org.drools.jsr94.rules.ExampleRuleEngineFacade;

public class Example {
    private ExampleRuleEngineFacade engine;
    private StatelessRuleSession statelessSession;

    /* place the rule file in the same package as this class */
    private String bindUri = "myRuleFile.drl"

    public Example() {
        /* get your engine facade */
        engine = new ExampleRuleEngineFacade();

        /* get your input stream */
        InputStream inputStream =
                Example.class.getResourceAsStream(bindUri);

        /* build a RuleExecutionSet to the engine */
        engine.addRuleExecutionSet(bindUri, inputStream);

        /* don't forget to close your InputStream! */
        inputStream.close();

        /* get your runtime session */
        this.statelessSession = engine.getStatelessRuleSession(bindUri);
    }
    ...
}

       在以上的例子代碼中，你需要處理InputStream的IOException例外，這里為了簡單起見省略了。你要做的只是構(gòu)建InputStream 對象，并把它輸入ExampleRuleEngineFacade，用來創(chuàng)建一個RuleExecutionSet對象。然后，你可以得到一個 StatelessRuleSession，并用它來執(zhí)行所有的規(guī)則。使用StatelessRuleSession相對簡單。我們可以給上面的類添加一 個方法，用來對一個對象列表執(zhí)行規(guī)則：

public List getUndervalued(List stocks) {
    return statelessSession.executeRules(stocks);
}

       該方法輸入一個stock對象列表給規(guī)則引擎，然后使用規(guī)則評估輸入的股票對象，并剔除那些不符合價值低估標準的股票。它是個簡單的例子，但足以說明問題。
       在ExampleRuleEngineFacade類中，代碼會稍微有些復(fù)雜。ExampleRuleEngineFacade類創(chuàng)建了一個 RuleServiceProvider對象，并用它創(chuàng)建RuleAdministrator，RuleExecutionSetProvider和 RuleRuntime對象。RuleExecutionSetProvider負責(zé)解釋InputStream，并創(chuàng)建一個 RuleExecutionSet對象。RuleRuntime對象用來得到一個session，RuleAdministrator用來管理所有的對 象。在往下是Drools核心API，它的核心是Rete算法實現(xiàn)。我在這里不打算詳細討論，但你可以看看 ExampleRuleEngineFacade的代碼。
       現(xiàn)在你已經(jīng)看到了在商業(yè)和科研方面使用規(guī)則引擎的一些例子，并對Drools項目有了基本的了解。在下一篇文章里，我將討論DRL文件的結(jié)構(gòu)和Java語 義模塊，讓你可以編寫自己的DRL文件。還將向你解釋如何編寫你自己的語義模塊，討論salience和working memory的概念。

資源
· Drools Project
· JSR-94 Specification

 

      N. Alex Rupp is a freelance software architect and developer from Minneapolis, and the current JSR94 Lead for the Drools project.